Doğal organik maddelerin yapısına ve kullanılan dezenfektanın cinsine göre farklı DYÜ’ler oluşmaktadır. Bununla beraber pH, sıcaklık, dezenfektan dozu ve reaksiyon süresi DYÜ oluşumda önemli rol oynar.
2.7.1. Organik madde bileşenlerinin DYÜ oluşumuna etkileri
DYÜ oluşumunda rol oynayan organik madde bileşikleri doğal organik maddelerin bir parçası olarak yer üstü ve yer altı bütün su kaynaklarında bulunur. Bu bileşikler hümik maddeler ve hümik olmayanlar DOM ların yapısında bulunan öncül bileşenlerdir (Gang, 2001). Yapılan çalışmalarda öncül bileşen konsantrasyonunun artması
sonucunda DYÜ oluşumunun arttığı gözlenmiştir(Benjamin, 1997a; Graham, 1998)
diğer şartlar kontrol altında tutulduğunda klorlamadan önce DYÜ öncüleri giderildiğinde DYÜ oluşumuda azalacaktır (Uyak ve Toröz, 2006; Şengül, 2009).
Klorlama işlemi ardından meydana gelen suda bulunan organik madde çeşitlerinin türü DYÜ oluşum miktarı ve çeşidi üzerinde önemli derecede etkiye sahiptir. Hümik asitler (HA), fulvik asitler (FA) göre klorla daha kolay reaksiyon verirler. Yapılan birçok çalışma da fulvik asitlerin klorlanması sonucu hümik asitlere göre çok daha az klorlu birleşik ürün olarak ortaya çıkmaktadır (Babcock ve Singer, 1979; Bekbölet ve diğ., 2005; Uyak ve diğ., 2007; Gümüş, 2013). Beş farklı su kaynağından alınan HA ve FA
fraksiyonlarının klorlanması neticesinde HA fraksiyonlarına ait TOK
konsantrasyonlarının daha yüksek olduğu bulunmuştur ( Reckhow ve Singer 1990). Benzer sonuçlar yapılan çalışmalar sonucunda da elde edilmiştir.
Yüzeysel sulardan ekstrakte ettikleri organik maddeleri klorlayarak HA ve FA fraksiyonlarının hidrofilik doğal organik maddeden daha yüksek oranda HAA ve THM oluşturduklarını ortaya koymuşlardır. Bazı araştırmacılar tarafından yapılan DYÜ oluşum potansiyeli ile alakalı çalışmalarda HA gibi hidrofobik fraksiyonlu organik maddelerin hidrofilik karakterli organik bileşiklerden daha yüksek olduğu bulunmuştur (Krasner ve diğ., 1989; Aoustin ve diğ., 2001; Teksoy, 2006).
Son ve Jung (2008) tarafından ÇOK’unun %78’i hidrofobik fraksiyonlardan meydana gelen G.Kore’de Nakedong nehrinden alınan su örneklerinin klorlanması neticesinde oluşan THM oluşum potansiyeli hidrofilik fraksiyonların THM oluşum potansiyelinin iki katından daha fazla olduğu tespit edilmiştir.
Çift bağların (C=H, C=O) fazla olduğu organik bileşiklerde triklorasetik asit (TCAA) miktarının kloroformdan daha yüksek olduğunu tespit etmişlerdir (Reckhow ve diğ., 1990) Başka bir ifade ile; daha fazla miktarda metil keton moleküllerine sahip FA’lerin klorlanması sonucunda HA’lere oranla daha yüksek miktarlarda TCAA bileşikleri meydana gelmiştir. Bu sonuç aromatik fonksiyonel gruplara sahip bileşiklerin klorlanması neticesinde daha yüksek miktarlarda THM oluşumu gözlenmesine karşılık birbirine bağlı çift bağların fazla olduğu alifatik yapılı bileşiklerin klorlanması sonucunda ise daha yüksek konsantrasyonlarda TCAA meydana gelmektedir (Özdemir, 2009).
Aiken ve Leenheer (1993) tarafından SUVA ile DOM’nin humik içeriği arasında kuvvetli korelasyonlar olduğu bulunmuştur. Farklı SUVA değerlerine sahip sularda yapılan çalışmalarda SUVA değeri 3 L/mg.m’den büyük olan sularda fenolik hidroksil gibi fonksiyonel grupları içeren aromatik kromoforlardan meydana gelmiş hidrofobik karbonun yüksek miktarlarda THM gibi DYÜ oluşumuna neden olan temel öncü bileşenler olduğu saptanmıştır (Reckhow ve Singer, 1990; Uyak ve diğ.,2007). Buna karşılık SUVA değeri 3L/mg.m’den daha küçük olan sularda organik karbonun alifatik ketonlar ve alkoller gibi daha düşük moleküler ağırlığa sahip hidrofilik fraksiyonlardan meydana geldiği bulunmuştur (Krasner ve diğ., 1989; Uyak ve diğ., 2007).
Yapılan çalışmalarda DOM’nin hidrofilik ve hidrofobik fraksiyonlarının klorlanması sonucunda hidrofobik fraksiyonlarda daha yüksek konsantrasyonlarda THM oluşumu meydana geldiği tespit edilmiştir(Uyak, 2006; Teksoy, 2006)
Croue ve diğ., (1999) tarafından yapılan çalışmalarda SUVA değeri düşük suların klorlanması sonucunda meydana gelen DYÜ oluşum reaksiyonlarında hidrofobik karbona kıyasla hidrofilik karbonun daha büyük etkisinin olduğu tespit edilmiştir.
Diğer yandan tarafından THM ve HAA oluşumu ile ilgili yapılan çalışmada aromatik içeriği zengin hidrofobik karbon ile klor tüketimi arasında kuvvetli korelasyonlar olduğu saptanmıştır.
Aynı zamanda bazı araştırmacılar tarafından klorlama sonucunda HAA bileşiklerinin oluşumunda düşük moleküler ağırlığa sahip hidrofilik karakterli organik maddelerin büyük rolü olduğu bulunmuştur. Uyak ve diğ., (2007) tarafından yapılan çalışmada klorlama sonucunda en yüksek HAA konsantrasyonlarının SUVA değeri düşük olan Ömerli ham sularında, en yüksek THM miktarlarının da SUVA değeri yüksek olan Terkos ham sularında meydana geldiği bulunmuştur.
Çin’de East nehrinde 2006 yılı boyunca yapılan çalışmada alınan su örneklerinin fraksiyonlanması sonucunda moleküler ağrlıklarına göre değişen DOM fraksiyonlarının SUVA değerlerinin ve buna bağlı olarak THM oluşumuna neden olan THM öncü bileşenlerinin mevsimlere göre farklılık gösterdikleri tespit edilmiştir (Wang ve diğ., 2008).
Güney Kore’de yapılan deneysel çalışmada hidrofobik fraksiyonlarda THM oluşum oranının yüzde olarak (THM/mg ÇOK) % 70-80 arasında olmasına karşılık hidrofilik fraksiyonlarda ise bu oranın % 20-30 arasında olduğu görülmüştür (Son ve Jung, 2008).
2.7.2. pH Parametresinin DYÜ oluşumuna etkileri
pH, DYÜ oluşumuna önemli derecede etki eden bir parametredir. Genellikle artan pH
ile THM lar artarken HAA’ler azalır(Miller ve Uden, 1983; Rathbun 1996; Hua ve
Reckhow, 2007; Özdemir, 2009). Bir başka çalışmada ise pH 5 dan 9 a yükseltildiğinde THM oluşumu % 50-60 oranında arttığı görülmüştür (Özdemir, 2009).
Bir çok araştırmacı yaptıkları çalışmalarda yüksek pH değerlerinde meydana gelen kloroform oluşumunun baz-kataliz reaksiyonları sonucunda gerçekleştiğini göstermişlerdir (Rook, 1974; Miller ve Uden, 1983; Özdemir, 2009).
Alkali şartlarda (pH>7) yapılan klorlama sonucunda kloroform oluşumunun artmasına karşılık, düşük miktarlarda da uçucu olmayan organik halojen maddelerin oluşturduğunu tespit etmiştir ( Fleischacker ve Randtke;1983).
Benjamin ve diğ., tarafından 1997’de yapılan çalışmada ABD’de dört yüzeysel su kaynağından toplanan su numunelerinin farklı pH’larda klorlanması sonucunda farklı
reaksiyon sürelerinde oluşan TOK miktarları ile ΔUV272 arasındaki doğrusal ilişkinin
pH’dan bağımsız olduğu sonucuna varılmıştır. 2002’de yapılan başka bir çalışmada ABD’de Tolt nehrinden alınan su numunelerinin farklı pH’larda klorlanması ile ilgili yapılan çalışmada pH arttıkça meydana gelen kloroform ve diklorobromometan miktarlarında da artış meydana geldiği görülmüştür.
İstanbul ham sularında Uyak ve diğ., (2007) yaptığı bir çalışmada alınan örneklerin farklı pH’larda klorlanması sonucunda en yüksek THM miktarları en yüksek
pH’da (pH=10) meydana gelmiştir. Yüksek pH’larda (pH>7) OH- iyonu ile organik
karbon arasında meydana gelen hidroliz reaksiyonunun THM oluşumu üzerinde önemli etkisi vardır (Özdemir, 2009).
Çin’de Harbin arıtma tesisi çıkışından alınan su numuneleri ile yapılan bir çalışmada suların farklı pH’larda klorlanması sonucunda en yüksek TCAA konsantrasyonunun pH 7’de, en yüksek kloroform konsantrasyonunun ise pH 9’da meydana geldiği görülmüştür ( Ma ve diğ., 2009).
2.7.3. Sıcaklık parametresinin DYÜ oluşumuna etkileri
THM oluşumunda sıcaklık parametresinin etkisi üzerine birçok araştırma yapılmıştır. Bu araştırmalarda 2°C ile 50°C sıcaklık aralığında THM oluşum konsantrasyonları incelenmiş ve mevsimsel sıcaklık farklılıklarından yararlanılmıştır (Şahinkaya ve diğ., 2005; Uyak ve Toroz, 2007; Uyak ve diğ., 2007) ve sonuç olarak artan sıcaklık ile birlikte THM miktarlarında da önemli artışlar gözlenmiştir.
Sıcaklık değişimlerinin THM oluşma potansiyeli üzerinde önemli etkisinin olduğu birçok araştırmacı tarafından belirtilmiştir.
Rook (1977) tarafından yapılan çalışmalarda su sıcaklığı arttırıldığı zaman klor tüketiminde ve THM oluşum miktarlarında da belirgin artışlar olduğu gözlenmiştir. İtalya’da Ancipa rezervuarından alınan su numuneler ile yapılan bir çalışmada farklı reaksiyon sürelerinde ve sıcaklıklarda klorlama işlemi sonucunda sıcaklık değeri arttıkça meydana gelen THM miktarlarında da artış olduğu gözlenmiştir. Buna karşılık
TTHM – ΔUV 272 arasında ilişkinin sıcaklık değişimlerinden bağımsız olduğu tespit
edilmiştir (Roccaro ve diğ., 2008; Özdemir ve diğ., 2010) .
Balcı (2013) tarafından yapılan çalışmada Antalya-Konyaaltı Su Dağıtım Şebekesinde Toplam THM büyüme hız katsayısı laboratuvar ortamında belirlenerek THM oluşumunu etkileyen faktörleri incelemişlerdir . Şebekeye su sağlayan Boğaçay pompa istasyonunda ve belirlenen 2 alt bölgede toplam THM konsantrasyonun analizi yapılmıştır. Alt bölgelerde (4. ve 8. Alt Bölge) toplam THM modelleme çalışması yapılmıştır.
Konyaaltı su dağıtım şebekesi için Toplam THM büyüme hız katsayısı (k), Boğaçay pompa istasyonundan alınan ham su numunesinin, laboratuvar ortamında
şebekeye dozlanan klor (0,5±0,05 mg/L) baz alınarak 20oC ve 30oC sıcaklıklarda tespit
edilmiştir. EPANET su kalite ve hidrolik modeli kullanılarak toplam THM izleme çalışması yapılmıştır.
2.7.4. Klor dozu parametresinin DYÜ oluşumuna etkileri
Su kaynaklarındaki doğal organik maddelerden kaynaklı olarak klorlama işlemindeki klor dozu reaksiyonlar üzerinde etkili olmaktadır. Klor dozu düşük olarak verildiğinde klor organik maddeye bağlanır ve yer değiştirme reaksiyonu meydana gelir. Yüksek dozlarda verildiğinde ise oksidasyon reaksiyonları gerçekleşmektedir ve DOM öncü bileşenleri okside olmaktadır (Özdemir, 2009).
Farklı konsantrasyonlara sahip humik madde içeren numunelerin farklı klor dozlarında klorlanmaları neticesinde meydana gelen THM ve HAA gibi DYÜ oluşumlarını birçok araştırmacı izlemişlerdir sonuç olarak; klor dozu arttırıldığında THM lerde net artışlar
görülmesine karşılık HAA gibi yan ürünlerde aynı bilgi elde edilmemiştir (Rook, 1974).
DYÜ oluşumu ile ilgili yapılan başka çalışmalarda iki aromatik halkaya bağlı fenol ve karboksilik asit ile dokuz alifatik karbonlu karbosilik asitten oluşan FA’in farklı klor dozlarında klorlanması sonucunda THM oluşumdan daha fazla HAA bileşiklerinin meydana geldiği tespit edilmiştir (Marhaba ve diğ; 2000).
Klor dozu ile DYÜ oluşum potaniyeli arasındaki diğer bir önemli konuda klor dozunun miktarına göre oluşan DYÜ türlerinin dağılımıdır. Klorlama sonrası meydana gelen klorlu yan ürünlerin moleküler ağırlıkları ile klor dozu arasındaki ilişki incelenmiştir (Aydın, 2005b., Ağra, 2005). Ve sonuç olarak düşük klor dozlarında büyük moleküler ağırlığa sahip DYÜ oluşumu görülmesiyle beraber yüksek klor dozlarında ise daha düşük moleküler ağırlığa sahip DYÜ’nin meydana geldiği görülmüştür.
Michaeils-Mantein denklemi kullanılarak yapılan istatiksel modelleme çalışmalarında
öncü bileşen konsantrasyonunu ve klor tüketimini göstermek için ÇOK yerine UV 254
parametresi kullanıldığında modelin daha geniş bir zaman aralığında daha iyi sonuç verdiği anlaşılmıştır. Buna karşılık ilk 8 saatlik reaksiyon süresi içinde DOM - klor reaksiyonlarında klor tüketiminin tahmin edilenden daha fazla gerçekleştiği saptanmıştır (Koechling ve Summers 1996).
THM oluşum hızı, THM oluşum potansiyeli, klor dozu ve reaksiyon süresinin bir fonksiyonu olarak formülize edildiğinde klor dozuna bağlı olarak THM oluşum hızının 1.derece reaksiyon kinetiği ile uyumlu olduğu sonucuna varılmıştır ( Li ve Zhao, 2006).
Çin’de Harbin arıtma tesisinin filtrasyon prosesi sonrasında alınan su numuneleriyle yapılan bir çalışmada düşük (2 mg/L) ve yüksek (12 mg/L) klor dozları ile klorlandığında yüksek klor dozlarında daha yüksek miktarlarda THM ve HAA meydana geldiği görülmüştür (Ma ve diğ., 2009).
2.7.5. Reaksiyon süresi parametresinin DYÜ oluşumuna etkileri
Klorlama işleminin temas süresi arttıkça meydana gelen TOX konsantrasyonu artmaktadır. TOX oluşum mekanizması genellikle 2 kademeli olarak gerçekleşir. İlk süreç hızlı gelişir ve birkaç dakika ile saat arasında sürer, yavaş olan ikinci kademe ise lineer kinetiktedir.
Zou (1997) çalışmasında 24 saatlik klorlama süresi içinde oluşan TOX konsantrasyonunun % 55-% 75’inin ilk 30 dakikası içinde oluştuğu , % 80 ile % 90’nın ise 2 saatlik reaksiyon süresi sonunda meydana geldiğini tespit etmiştir.
Miller ve Uden (1983), tarafından yapılan çalışmada 7 günlük TOX konsantrasyonunun % 90’nın klorlamayı izleyen ilk 24 saat içinde meydana geldiğini bulmuşlardır.
Yapılan çalışmalarda THM oluşumu ile klor tüketimi arasındaki ilişkiyi gösteren doğruların eğimi pH, klor dozu, reaksiyon süresi, ÇOK konsantrasyonu gibi parametrelere bağlı olarak değiştiği tespit edilmiştir (Benjamin ve diğ., 2002). Başka bir çalışmada ise reaksiyon süresi arttıkça THM oluşumunun artmasına rağmen 48 ile 168 saatlik reaksiyon süresi arasında meydana gelen THM konsantrasyonlarında önemli bir fark olmadığı saptanmıştır (Pourmoghaddas ve Stevens, 1995).
Uyak ve diğ., (2007) tarafından İstanbul da Terkos ve Ömerli ham sularında yapılan bir çalışmada alınan su numunelerinin klorlanması sonucunda görülen kloroform miktarının % 70-76’sının 24 saatlik süre içinde meydana geldiği tespit edilmiştir.
Benjamin ve diğ., (1997) tarafından yapılan çalışmalarda 7 günlük süre içinde TTHM miktarının ilk 8 saatlik reaksiyon süresi içinde % 55-60’nın, meydana geldiği tespit edilmiştir.
Ma ve diğ., (2009) tarafından yapılan benzer çalışmada klor dozu (2-10 mg/L) ve reaksiyon süresi (2-72 saat) arttıkça THM ve HAA miktarlarının da arttığı tespit edilmiştir.
Özdemir, (2009) tarafından yapılan çalışmada da THM miktarları reaksiyon süresi ve eklenen klor dozuyla artmaktadır.